Fibra Monomodo

2.5 Fibra Monomodo

Fibra monomodo se construyen dejando que el dimensiones del diámetro del núcleo sean unas pocas longitudes de onda (generalmente de 8 a 12) y por tener pequeñas diferencias de índice entre el núcleo y el revestimiento. De la ecuación. (2-58) de la pizca de V = 2,4, se puede ver que la abeja de propagación monomodo es posible que bastante grandes variaciones en los valores de la talla de un núcleo físico y las diferencias de índice núcleo-revestimiento Δ.

Sin embargo, en los diseños prácticos de fibras de modo único, la diferencia de índice de núcleo-revestimiento varía entre 0.2 y 1.0 por ciento, y el diámetro del núcleo debe elegirse para que sea justo debajo de la de corte del primer modo de orden superior, es decir, para V ligeramente menos de 2,4 Por ejemplo, una fibra de modo único típica puede tener un radio del núcleo de 3 μm y apertura numérica y 0.1 en longitud de onda de 0.8 μm.

A partir de las ecuaciones. (2-23) y (2-57) esto produce V = 2.356.

        2.5.1 Diámetro Modo Campo

Para las fibras de modo único la distribución geométrica de la luz en el modo de propagación, en lugar de el diámetro del núcleo y la apertura numérica, es lo que es importante cuando la predicción de las características de rendimiento de esta fibra. Así, un parámetros fundamentales de una fibra monomodo es el diámetro del campo modal (MFD). Este parámetro puede determinarse a partir de la distribución del campo de modo del modo LP01 fundamental. El diámetro del campo modal es análogo a…

[pic 1]

Fig.2-23 Distribución oh luz en una fibra de modo único por encima de su longitud de onda de corte. Para una  distribución gaussiana el  MFD está dada por la anchura 1 /  de la potencia óptica.[pic 2]

…el diámetro del núcleo en las fibras multimodo, excepto que en un solo modo de fibra no toda la luz que se propaga a través de la fibra se realiza en el núcleo. Esto se ilustra en la Fig. 2-23.

Se han propuesto una variedad de modelos para caracterizar y medir el MFD. La consideración principal en todos estos métodos es la forma de la aproximación de la distribución del campo eléctrico. En primer lugar vamos a asumir la distribución para ser gaussiano:

                        (2-73)[pic 3]

donde r es el radio, es el campo en el radio cero, y  es la anchura de la distribución del campo eléctrico. Entonces, un método es tomar la anchura de la  de MFD a ser el doble del radio de  del campo eléctrico óptico (que es equivalente al radio  de la potencia óptica) dada en la Eq. (2-73). La anchura MFD  del modo  puede entonces ser definida como:[pic 4][pic 5][pic 6][pic 7][pic 8][pic 9][pic 10]

                           (2-74)[pic 11]

donde E(r) denota la distribución de campo del modo. Esta definición no es único, y se han propuesto varios otros. Tenga en cuenta también que en general el modo de campo varía con el perfil de índice de refracción y por lo tanto se desvía de una distribución gaussiana.[pic 12]

2.5.2 Propagación Modos En Fibras Monomodo

Como vimos en la Sec. 2.4.6, en cualquier fibra monomodo ordinaria realidad, hay dos modos de propagación independientes, degenerados. Estos modos son muy similares, pero sus planos de polarización son ortogonales. Estos pueden ser elegidos arbitrariamente como la horizontal (H) y la vertical (V) polarizaciones como se muestra en la Fig. 2-24. Cualquiera de estos dos modos de polarización constituye el modo  fundamental. En general, el campo eléctrico de la luz que se propaga a lo largo de la fibra es una superposición lineal de estos dos modos de polarización y depende de la polarización de la luz en el punto en la fibra de lanzamiento.[pic 13]

Supongamos que elegir arbitrariamente uno de los modos de tener su campo eléctrico transversal polarizada a lo largo de la dirección x como se muestra en la Fig. 2-24. En fibras ideales con simetría de rotación perfecta, los dos modos son degenerados con constantes iguales de propagación (Kx = Ky) y cualquier estado de polarización inyectada en la fibra se propagará sin cambios. En las fibras reales hay imperfecciones tales como tensiones laterales asimétricas, núcleos no circulares, y las variaciones en los perfiles de índice de refracción. Estas imperfecciones romper la simetría circular de la fibra ideal y levantan la degeneración de los dos modos. Los modos se propagan con diferentes velocidades de fase, y la diferencia entre sus índices de refracción efectivos se llama la birrefringencia de la fibra,

                        (2-75)[pic 14]

De manera equivalente, podemos definir como la birrefringencia

                (2-76)[pic 15]

Dónde  está el espacio libre propagación constante.[pic 16]

Si la luz se inyecta en la fibra de manera que ambos modos se excitan, entonces uno será retrasado en fase con relación a la otra cuando se propagan. Cuando esto

[pic 17]

Fig. 2-24  Dos polarizaciones del modo  fundamental en una fibra monomodo.[pic 18]

diferencia de fase es un múltiplo entero de 2, los dos modos se golpearon en este punto y se reproducen el estado de polarización de entrada. La longitud sobre la que se produce este latido es la longitud de la fibra latido[pic 19]

                (2-77)[pic 20]

Ejemplo 2-5. Una fibra óptica de modo único tiene una longitud de batido de 8 cm a 1300 nm.

A partir de las ecuaciones. (2-75) a (2-77) tenemos que la birrefringencia es modal

 [pic 21]

una alternativa:

[pic 22]

Esto indica una fibra de tipo intermedio, ya que puede variar de birrefringencia (una fibra de alta birrefringencia típica) a  (una fibra típica de baja birrefringencia).[pic 23][pic 24]

2.6 CALIFICACIÓN-ÍNDICE DE FIBRA ESTRUCTURADA

En el diseño de fibra de gradiente de índice el índice de refracción del núcleo disminuye continuamente al aumentar la distancia radial r desde el centro de la fibra, pero es generalmente constante en el revestimiento. La construcción más comúnmente utilizado para la variación del índice de refracción en el núcleo es la relación de ley de potencia.

                   (2-78)[pic 25]

Aquí r es la distancia radial desde el eje de la fibra, a es el radio del núcleo,  es el índice de refracción en el eje del núcleo,  es el índice de refracción del revestimiento, y el parámetro adimensional  define la forma del perfil de índice. La diferencia de índice de  para la fibra de índice graduado está dada por[pic 26][pic 27][pic 28][pic 29]

                (2-79)[pic 30]

La aproximación en el lado derecho de esta ecuación se reduce la expresión para  a la de la fibra de salto de índice dada por la ecuación. (2-20). Así, el mismo símbolo se utiliza en ambos casos. Para , Ec. (2-78) se reduce a la ficha paso índice [pic 31][pic 32][pic 33]

[pic 34]Fig. 2-25  Una comparación de las aperturas numéricas de la fibra que tienen diversos perfiles α.

2.6.1 graduado-Índice de Apertura numérica (NA)

La determinación de la NA de fibras de índice gradual es más complejo que para las fibras de salto de índice. En las fibras de índice gradual la NA es una función de la posición a través de la cara de extremo de núcleo. Esto es en contraste a la fibra de salto de índice, en el que el NA es constante a través del núcleo. Consideraciones óptica geométrica muestran que la luz incidente sobre el núcleo de la fibra en la posición r se propagará como un modo guiado sólo si está dentro de la apertura numérica NA locales (r) en ese punto. La apertura numérica local se define como:

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